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JP2023504739A - Method and system for maintaining lateral control of an unmanned aerial vehicle during landing - Google Patents

Method and system for maintaining lateral control of an unmanned aerial vehicle during landing Download PDF

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JP2023504739A JP2022534168A JP2022534168A JP2023504739A JP 2023504739 A JP2023504739 A JP 2023504739A JP 2022534168 A JP2022534168 A JP 2022534168A JP 2022534168 A JP2022534168 A JP 2022534168A JP 2023504739 A JP2023504739 A JP 2023504739A
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Abstract

システム、装置および方法は、無人航空機(UAV)(101)と、UAVの1または複数の内側翼パネル(107)と、UAVの1または複数の外側翼パネル(109)と、1または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジン(110)に取り付けられた少なくとも1のインボードプロペラ(140)と、1または複数の外側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジン(110)に取り付けられた少なくとも1の先端プロペラ(141)と、少なくとも1のマイクロコントローラ(420)とを含み、マイクロコントローラは、少なくとも1のインボードプロペラの角度位置を割り出し、少なくとも1のインボードプロペラが着陸時に地面するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも1のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成されている。【選択図】図3ASystems, apparatus and methods include an unmanned aerial vehicle (UAV) (101), one or more inner wing panels (107) of the UAV, one or more outer wing panels (109) of the UAV, and one or more inner at least one inboard propeller (140) mounted on at least one engine (110) located in a wing panel and at least one engine (110) located in one or more outer wing panels; including at least one tip propeller (141) and at least one microcontroller (420), wherein the microcontroller determines the angular position of the at least one inboard propeller and the propeller that the at least one inboard propeller grounds upon landing. It is configured to send a signal to stop rotation of the at least one inboard propeller so that it is held in an attitude that provides blade clearance. [Selection drawing] Fig. 3A

Description

本実施形態は、概して無人航空機(UAV)に関し、より詳細には、インボードプロペラを水平にした状態で着陸中にUAVの横方向制御を保持することに関する。 TECHNICAL FIELD The present embodiments relate generally to unmanned aerial vehicles (UAVs), and more particularly to maintaining lateral control of a UAV during landing with inboard propellers horizontal.

関連出願の相互参照
本出願は、2019年12月9日に出願された米国仮特許出願第62/945,815号の優先権および利益を主張するものであり、その内容はあらゆる目的のために引用により本明細書に援用されるものとする。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority to and the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/945,815, filed December 9, 2019, the contents of which are for all purposes incorporated herein by reference.

高空域長期滞空航空機などの無人航空機(UAV)は、制御された持続的な飛行が可能な軽量の飛行機である。UAVは、双方向通信のために、地上のオペレータと関連付けられる場合がある。 Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), such as high endurance aircraft, are light aircraft capable of controlled sustained flight. A UAV may be associated with a ground operator for two-way communication.

一実施形態は、インボードプロペラを水平にした状態で、離陸および着陸の間、無人航空機(UAV)の横方向の制御を保持するためのシステムを含むことができる。一実施形態では、UAVが、高空域長期滞空太陽電池式航空機である。 An embodiment may include a system for maintaining lateral control of an unmanned aerial vehicle (UAV) during takeoff and landing with the inboard propeller horizontal. In one embodiment, the UAV is a high altitude long endurance solar powered aircraft.

システムの実施形態は、無人航空機(UAV)と、UAVの1または複数の内側翼パネルと、UAVの1または複数の外側翼パネルであって、1または複数の外側翼パネルが、1または複数の内側翼パネルの両側に配置され、1または複数の外側翼パネルが、1または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、1または複数の外側翼パネルと、1または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1のインボードプロペラと、1または複数の外側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1の先端プロペラと、1または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジンと通信する少なくとも1のマイクロコントローラであって、少なくとも1のインボードプロペラの角度位置を割り出し、少なくとも1のインボードプロペラが着陸時にプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも1のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成された少なくとも1のマイクロコントローラとを含むことができる。 An embodiment of the system includes an unmanned aerial vehicle (UAV), one or more inner wing panels of the UAV, and one or more outer wing panels of the UAV, wherein the one or more outer wing panels comprise one or more one or more outer wing panels positioned on either side of the inner wing panel, the one or more outer wing panels being oriented at an upward angle to a plane formed by the one or more inner wing panels; , at least one inboard propeller mounted on at least one engine located on one or more inboard wing panels, and at least one inboard propeller mounted on at least one engine located on one or more outboard wing panels. at least one microcontroller in communication with the tip propeller and at least one engine located on one or more inner wing panels for determining the angular position of the at least one inboard propeller, the at least one inboard propeller being and at least one microcontroller configured to send a signal to stop rotation of the at least one inboard propeller so that the propeller blades are held in an attitude that provides ground clearance during landing.

追加のシステムの実施形態では、UAVが高空域長期滞空航空機であってもよい。追加のシステムの実施形態では、太陽電池アレイが、1または複数の内側翼パネルおよび1または複数の外側翼パネルの少なくとも一部分を覆うことができる。追加のシステムの実施形態は、UAVの1または複数の着陸ポッドをさらに含むことができ、1または複数の着陸ポッドを、UAVの着陸を支援するためにUAVの1または複数の内側翼パネルに取り付けることができる。追加のシステムの実施形態では、プロペラハブの中心から少なくとも1のインボードプロペラの先端までの距離(d)が、1または複数の着陸ポッドの高さよりも大きく、少なくとも1のインボードプロペラは、UAVが地上にあるときに、少なくとも1のインボードプロペラの回転中に地面に当たり得る。追加のシステムの実施形態では、少なくとも1のアウトボードプロペラが、少なくとも1のインボードプロペラと同一であってもよく、UAVが地上にあるときに、少なくとも1のアウトボードプロペラが自由に回転することができる。 In additional system embodiments, the UAV may be a high endurance aircraft. In additional system embodiments, a solar array may cover at least a portion of one or more inner wing panels and one or more outer wing panels. Additional system embodiments may further include one or more landing pods of the UAV, which are attached to one or more inner wing panels of the UAV to assist in landing the UAV. be able to. In additional system embodiments, the distance (d 1 ) from the center of the propeller hub to the tip of the at least one inboard propeller is greater than the height of the one or more landing pods, and the at least one inboard propeller is: When the UAV is on the ground, it can hit the ground during rotation of at least one inboard propeller. In additional system embodiments, the at least one outboard propeller may be identical to the at least one inboard propeller, and the at least one outboard propeller is free to rotate when the UAV is on the ground. can be done.

追加のシステムの実施形態は、マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに含むことができ、この位置センサが、少なくとも1のインボードプロペラの位置を検出する。追加のシステムの実施形態では、位置センサが、ホール効果回転位置センサであってもよい。追加のシステムの実施形態では、少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、UAVの高度を割り出し、割り出した高度が閾値高度を下回る場合に、少なくとも1のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成され得る。追加のシステムの実施形態では、少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも1のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、少なくとも1のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するように構成され得る。追加のシステムの実施形態では、少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、UAVの高度を割り出し、割り出した高度が閾値高度を上回る場合に、少なくとも1のインボードプロペラの回転を開始させる信号を送信するように構成され得る。 Additional system embodiments may further include a position sensor in communication with the microcontroller, the position sensor detecting the position of the at least one inboard propeller. In additional system embodiments, the position sensor may be a Hall effect rotary position sensor. In additional system embodiments, the at least one microcontroller further determines the altitude of the UAV and sends a signal to stop rotation of the at least one inboard propeller when the determined altitude is below a threshold altitude. can be configured to In additional system embodiments, the at least one microcontroller further controls rotation of the at least one outboard propeller while the at least one inboard propeller is held in an orientation that provides ground clearance for the propeller blades. It may be configured to transmit a coordinating signal. In additional system embodiments, the at least one microcontroller further determines an altitude of the UAV and transmits a signal to initiate rotation of the at least one inboard propeller when the determined altitude is above a threshold altitude. can be configured to

方法の実施形態は、少なくとも1のマイクロコントローラによって、無人航空機(UAV)の高度を特定するステップと、UAVの少なくとも1のエンジンと通信する少なくとも1のマイクロコントローラによって、少なくとも1のエンジンに接続された少なくとも1のインボードプロペラの角度位置を特定するステップであって、少なくとも1のインボードプロペラが1または複数の内側翼パネルに配置される、ステップと、特定した高度が閾値高度を下回る場合に、少なくとも1のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも1のマイクロコントローラによって、少なくとも1のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するステップとを含むことができ、少なくとも1のインボードプロペラが、UAVが地上にあるときに、少なくとも1のインボードプロペラの回転中に地面に当たり得る。 A method embodiment includes the steps of determining, by at least one microcontroller, an altitude of an unmanned aerial vehicle (UAV); and by at least one microcontroller communicating with at least one engine of the UAV, connected to the at least one engine. identifying the angular position of at least one inboard propeller, wherein the at least one inboard propeller is located on one or more inner wing panels; and if the identified altitude is below a threshold altitude, sending by the at least one microcontroller a signal to stop rotation of the at least one inboard propeller such that the at least one inboard propeller is held in an orientation that provides ground clearance for the propeller blades. and the at least one inboard propeller may hit the ground during rotation of the at least one inboard propeller when the UAV is on the ground.

追加の方法の実施形態は、少なくとも1のインボードプロペラが着陸時にプロペラブレードと地面のクリアランスを提供する姿勢で保持されている間、少なくとも1のマイクロコントローラによって、少なくとも1のエンジンに接続された少なくとも1のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するステップをさらに含むことができ、少なくとも1のアウトボードプロペラが、1または複数の外側翼パネルに配置されている。追加の方法の実施形態では、少なくとも1のアウトボードプロペラが、少なくとも1のインボードプロペラと同一であり、少なくとも1のアウトボードプロペラが、UAVが地上にあるときに自由に回転することができる。 Additional method embodiments include at least one inboard propeller connected to at least one engine by at least one microcontroller while at least one inboard propeller is held in an orientation that provides clearance between the propeller blades and the ground during landing. The step of transmitting a signal to coordinate rotation of one outboard propeller may be further included, wherein the at least one outboard propeller is positioned on one or more outer wing panels. In additional method embodiments, the at least one outboard propeller is identical to the at least one inboard propeller, and the at least one outboard propeller is free to rotate when the UAV is on the ground.

別のシステムの実施形態は、無人航空機(UAV)と、UAVの少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1のインボードプロペラであって、UAVが地表に位置するときに、当該少なくとも1のインボードプロペラの回転中に当該少なくとも1のインボードプロペラの少なくとも一部分が地表に接触し得る、少なくとも1のインボードプロペラと、UAVの少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1の先端プロペラであって、UAVが地表に位置するときに、当該少なくとも1の先端プロペラの回転中に、表面に接触することなく自由に回転することができる少なくとも1の先端プロペラと、少なくとも1のエンジンと通信する少なくとも1のマイクロコントローラであって、少なくとも1のインボードプロペラの角度位置を割り出し、少なくとも1のインボードプロペラがプロペラブレードと地表のクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも1のインボードプロペラに信号を送信するように構成された少なくとも1のマイクロコントローラとを含むことができる。 Another system embodiment is an unmanned aerial vehicle (UAV) and at least one inboard propeller attached to at least one engine of the UAV, wherein the at least one inboard propeller is driven when the UAV is on the ground. at least one inboard propeller, wherein at least a portion of the at least one inboard propeller may contact the ground during rotation of the propeller, and at least one tip propeller attached to at least one engine of the UAV, the UAV at least one tip propeller that is free to rotate without contacting the surface during rotation of said at least one tip propeller when located on the surface of the earth; A controller determines the angular position of the at least one inboard propeller and signals the at least one inboard propeller such that the at least one inboard propeller is held in an orientation that provides clearance between the propeller blades and the ground surface. and at least one microcontroller configured to transmit.

追加のシステムの実施形態では、少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも1のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、着陸のためにUAVを誘導するための推力を調整する信号を少なくとも1の先端プロペラに送信するように構成され、少なくとも1の先端プロペラが、着陸中にUAVの横方向の制御を保持する。追加のシステムの実施形態では、少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも1のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢にある間に、離陸のためにUAVを誘導するための推力を調整する信号を少なくとも1の先端プロペラに送信するように構成され、少なくとも1の先端プロペラが離陸中にUAVの横方向の制御を維持し、少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも1のインボードプロペラが回転を開始するように、離陸後に少なくとも1のインボードプロペラに信号を送信するように構成されている。 In additional system embodiments, the at least one microcontroller further for guiding the UAV for landing while the at least one inboard propeller is held in an attitude that provides ground clearance for the propeller blades. to the at least one tip propeller, the at least one tip propeller maintaining lateral control of the UAV during landing. In additional system embodiments, the at least one microcontroller further provides thrust to guide the UAV for takeoff while the at least one inboard propeller is in an attitude that provides ground clearance for the propeller blades. The at least one microcontroller is configured to send a coordinating signal to at least one tip propeller, the at least one tip propeller maintaining lateral control of the UAV during takeoff; It is configured to send a signal to the at least one inboard propeller after takeoff so that the propellers begin to rotate.

追加のシステムの実施形態は、地表でのUAVの安全な着陸を補助する1または複数の着陸ポッドをさらに含むことができ、プロペラハブの中心から少なくとも1のインボードプロペラの先端までの距離(d)が、1または複数の着陸ポッドの高さ(d)よりも大きく、プロペラハブの中心から少なくとも1の先端プロペラの先端までの距離(d)が、少なくとも1の先端プロペラのプロペラハブの中心から1または複数の着陸ポッドの下端までの高さ(d)より大きいか等しい。追加のシステムの実施形態は、UAVの1または複数の内側翼パネルであって、少なくとも1のインボードプロペラが取り付けられる1または複数の内側翼パネルと、UAVの1または複数の外側翼パネルであって、少なくとも1の先端プロペラが1または複数の外側翼パネルに取り付けられ、1または複数の外側翼パネルが、1または複数の内側翼パネルの両側に配置され、1または複数の外側翼パネルが、1または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、1または複数の外側翼パネルとをさらに含むことができる。追加のシステムの実施形態は、マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに含むことができ、この位置センサが、少なくとも1のインボードプロペラの位置を検出する。 Additional system embodiments may further include one or more landing pods to assist in the safe landing of the UAV on the ground, the distance (d 1 ) is greater than the height (d2) of the one or more landing pods and the distance (d1) from the center of the propeller hub to the tip of at least one leading propeller is the propeller hub of at least one leading propeller greater than or equal to the height ( d3 ) from the center of the to the bottom edge of the landing pod(s). Additional system embodiments are one or more inner wing panels of a UAV, where at least one inboard propeller is mounted, and one or more outer wing panels of the UAV. at least one tip propeller attached to one or more outer wing panels, one or more outer wing panels being positioned on either side of one or more inner wing panels, one or more outer wing panels comprising: and one or more outer wing panels disposed at an upward angle to a plane formed by the one or more inner wing panels. Additional system embodiments may further include a position sensor in communication with the microcontroller, the position sensor detecting the position of the at least one inboard propeller.

図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。同様の符号は、様々な図面を通して対応する部分を指している。実施形態は、例示として説明されるものであり、添付の図面の形態に限定されるものではない。
図1は、一実施形態に係る、インボードプロペラが水平にされた状態で着陸中に無人航空機の横方向制御を保持するためのシステムを示している。 図2は、図1の無人航空機の上面斜視図を示している。 図3Aは、図1の無人航空機の翼パネルおよび関連するプロペラの概略図を示している。図3Bは、翼パネル、および翼パネルに対して保持されている2枚羽根プロペラの概略図を示している。図3Cは、翼パネル、および翼パネルに対して保持されている3枚羽根プロペラの概略図を示している。 図4は、コンピューティングデバイスの実施形態の例示的な最上階層の機能ブロック図を示している。 図5は、UAVの着陸のためにマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャートを示している。 図6は、UAVの離陸のためにマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャートを示している。
The components in the figures are not necessarily to scale, emphasis instead being placed on explaining the principles of the invention. Like numbers refer to corresponding parts throughout the various drawings. Embodiments are illustrated by way of illustration and not limitation in the form of the accompanying drawings.
FIG. 1 illustrates a system for maintaining lateral control of an unmanned aerial vehicle during landing with the inboard propellers leveled, according to one embodiment. 2 shows a top perspective view of the unmanned aerial vehicle of FIG. 1. FIG. FIG. 3A shows a schematic diagram of the wing panel and associated propeller of the unmanned aerial vehicle of FIG. FIG. 3B shows a schematic diagram of a wing panel and a two-bladed propeller held against the wing panel. FIG. 3C shows a schematic diagram of a wing panel and a three-blade propeller held against the wing panel. FIG. 4 illustrates an exemplary top-level functional block diagram of an embodiment of a computing device. FIG. 5 shows a flowchart of the steps performed by the microcontroller for UAV landing. FIG. 6 shows a flowchart of the steps performed by the microcontroller for UAV takeoff.

図1を参照すると、インボードプロペラが水平にされた状態で着陸中に無人航空機(UAV)101の横方向制御を保持するためのシステム100が示されている。UAVは、機内パイロットのいない航空機であり、自律的または遠隔的に飛行することができる。大型のUAVは、安全な着陸のために着陸ポッドを使用することができ、これにより、余分な重量および抗力が発生する可能性がある。UAVは、離陸および着陸を含むいくつかの飛行状態において、横方向の制御のために、UAVの推進システムからの差動推力を使用することができる。一実施形態では、UAV101が、高空域長期滞空航空機である。一実施形態では、UAV101が、3以上のモータ、例えば、3~40のモータを有し、100フィート~400フィートの翼幅を有することができる。一実施形態では、UAV101が、約260フィートの翼幅を有することができ、翼の表面を覆う太陽電池アレイによって駆動される複数のモータ、例えば、10個の電気モータによって推進することができ、それによりゼロエミッションを実現することができる。UAV101は、海抜約65,000フィートの高度で雲の上を飛行し、着陸せずに最大数ヶ月間の連続的な長期ミッションを行うように設計されている。 Referring to FIG. 1, there is shown a system 100 for maintaining lateral control of an unmanned aerial vehicle (UAV) 101 during landing with the inboard propellers leveled. UAVs are pilotless aircraft on board and can fly autonomously or remotely. Large UAVs may use landing pods for safe landing, which can create extra weight and drag. UAVs can use differential thrust from the UAV's propulsion system for lateral control in several flight states, including takeoff and landing. In one embodiment, UAV 101 is a high endurance aircraft. In one embodiment, UAV 101 may have 3 or more motors, eg, 3 to 40 motors, and a wingspan of 100 feet to 400 feet. In one embodiment, the UAV 101 may have a wingspan of approximately 260 feet and may be propelled by multiple motors, e.g., ten electric motors driven by a solar array covering the surface of the wing, Zero emissions can thereby be achieved. The UAV 101 is designed to fly above the clouds at an altitude of approximately 65,000 feet above sea level and conduct continuous long-range missions for up to several months without landing.

UAV101は、高高度で最適に機能し、着陸に頼ることなく、かなりの期間の持続的な飛行が可能である。一実施形態では、UAV101が、約3,000ポンドの重量を有し得る。 The UAV 101 works best at high altitudes and is capable of sustained flight for significant periods of time without resorting to landing. In one embodiment, UAV 101 may have a weight of approximately 3,000 pounds.

UAV101は、UAV101の推進のためにUAV101に結合された少なくとも1のモータ110をさらに含む。一実施形態では、モータ110が、改良された電機子の周りのY構成の巻線と電気的に接続されたインランナロータを含む従来の構成のブラシレスDCモータである。モータ110は、モータを囲んで保護するために、鋼または他の高強度材料で形成されたケーシングを有することができる。ステータは、ロータの外周の周りに配置され、ステータは、ステータの磁場を封じ込めるための背鉄を有する。ロータは、ネオジムやプラセオジムなどの永久磁石や、電磁石を含む任意の適切な磁石で形成することができる。ステータは、誘導されるリング電流を低減し、モータ110の効率を高めるために、ケイ素鋼などの積層された電気鋼の層から構築された電機子を有することができ、各鋼層間に酸化膜が配置されている。他の電機子材料として、鉄またはアモルファス鋼を含むことができる。 UAV 101 further includes at least one motor 110 coupled to UAV 101 for propulsion of UAV 101 . In one embodiment, motor 110 is a brushless DC motor of conventional configuration including an in-runner rotor electrically connected with a W-configuration of windings around a modified armature. Motor 110 may have a casing made of steel or other high strength material to enclose and protect the motor. A stator is disposed around the outer circumference of the rotor and the stator has a back iron for containing the magnetic field of the stator. The rotor can be formed of any suitable magnet, including permanent magnets such as neodymium and praseodymium, and electromagnets. The stator may have an armature constructed from laminated layers of electrical steel, such as silicon steel, with an oxide film between each steel layer to reduce induced ring currents and increase efficiency of the motor 110 . are placed. Other armature materials may include iron or amorphous steel.

一実施形態では、モータ110が、鉄の歯の周りに巻かれた巻線を有するように構成されている。さらに、モータ110の外側には、約-80℃に下がるまでモータ110に付いたままの磁石の層が存在し得る。これは、UAV108が夜間や高高度において-80℃に近い温度で飛行することが多いため、有利である。 In one embodiment, motor 110 is configured to have windings wrapped around iron teeth. Additionally, there may be a layer of magnets on the outside of the motor 110 that remains attached to the motor 110 until the temperature drops to about -80°C. This is advantageous because UAVs 108 often fly at night and at high altitudes in temperatures approaching -80°C.

当技術分野の一部のモータは、エネルギーが熱の形で無駄になるヒステリシス損失および渦電流損失を回避するために、鉄を含まない場合がある。一実施形態では、モータ110が、Hiperco(登録商標)などのパーメンジュール(鉄とコバルトが同量のコバルト-鉄軟磁性合金)を組み込むことができる。パーメンジュールは、ヒステリシス損失および渦電流損失が非常に小さく、多くの場合、鉄を含まないモータよりも優れた性能を発揮する。さらに、鉄には、(1)巻線を機械的に支え、(2)インダクタンスを提供し、よって外部インダクタを必要とすることはなく、(3)モータから熱を逃がす手段を与え、(4)非常に薄いエアギャップを提供するため、磁場を形成するために必要な磁性材料が遥かに少なくて済み、(5)磁場が銅を通過すると、銅で多くのエネルギー損失が発生するが、そのような銅から磁場を避けることができるといった、鉄を含まないモータにはない非常に重要な性質がある。 Some motors in the art may be iron free to avoid hysteresis and eddy current losses where energy is wasted in the form of heat. In one embodiment, the motor 110 may incorporate Permendur (a soft magnetic cobalt-iron alloy with equal amounts of iron and cobalt) such as Hiperco®. Permendur has very low hysteresis and eddy current losses and often outperforms iron-free motors. In addition, the iron (1) provides mechanical support for the windings, (2) provides inductance, thus eliminating the need for an external inductor, (3) provides a means of conducting heat away from the motor, and (4) ) provides a very thin air gap, so much less magnetic material is needed to create the magnetic field; It has very important properties not found in iron-free motors, such as the ability to avoid magnetic fields from such copper.

図2に示すように、UAV101は、1または複数の内側翼パネル107および1または複数の外側翼パネル109と、中央パネル108と、それぞれの内側翼パネル107に付随する複数のインボードプロペラ140と、それぞれの外側翼パネル109に付随する複数の先端プロペラ141とを含むことができる。UAV101は、着陸地点(102、図1)でのUAV101の安全な着陸を支援するための1または複数の着陸ポッド113をさらに含むことができる。1または複数の内側翼パネル107は、中央パネル108の何れかの側に配置され得る。いくつかの実施形態では、中央パネル108が存在せずに、内側翼パネル107のみが使用され得る。他の実施形態では、内側翼パネル107が、中央パネル107と同一であってもよい。1または複数の外側翼パネル109は、1または複数の内側翼パネル107および/または中央パネル108の何れかの側に配置され得る。1または複数の外側翼パネル109は、1または複数の内側翼パネル107および/または中央パネル108によって形成される平面に対してある角度で配置され得る。いくつかの実施形態では、1または複数の外側翼パネル109が、1または複数の内側翼パネル107および/または中央パネル108によって形成される平面に対して上向きに湾曲し得る。一実施形態では、UAV101が、約260フィートの翼幅を有し、各翼の表面を覆う太陽電池アレイによって駆動される複数のモータ、例えば、10個の電気モータによって推進され、結果としてゼロエミッションとなる。 As shown in FIG. 2, UAV 101 includes one or more inner wing panels 107 and one or more outer wing panels 109, a central panel 108, and a plurality of inboard propellers 140 associated with each inner wing panel 107. , and a plurality of tip propellers 141 associated with each outer wing panel 109 . UAV 101 may further include one or more landing pods 113 to assist in safe landing of UAV 101 at landing site (102, FIG. 1). One or more inner wing panels 107 may be positioned on either side of central panel 108 . In some embodiments, only the inner wing panel 107 may be used without the central panel 108 present. In other embodiments, the inner wing panel 107 may be identical to the central panel 107. One or more outer wing panels 109 may be positioned on either side of one or more inner wing panels 107 and/or central panel 108 . One or more outer wing panels 109 may be arranged at an angle to a plane formed by one or more inner wing panels 107 and/or central panel 108 . In some embodiments, one or more outer wing panels 109 may curve upward with respect to a plane formed by one or more inner wing panels 107 and/or central panel 108 . In one embodiment, UAV 101 has a wingspan of approximately 260 feet and is propelled by multiple motors, e.g., ten electric motors driven by solar arrays covering the surface of each wing, resulting in zero emissions. becomes.

図3Aに関して、UAV101の1または複数の内側翼パネル107のインボードプロペラ140およびUAV101の1または複数の外側翼パネル109の先端プロペラ141はそれぞれ、プロペラハブ142、プロペラブレード144およびプロペラブレード先端146を含むことができる。一実施形態では、プロペラ140、141がそれぞれ2枚のブレード144を有することができる。別の実施形態では、プロペラ140、141がそれぞれ2枚より多いブレード144を有することができる。一実施形態では、プロペラ140、141が同一であってもよい。一実施形態では、プロペラハブ142の中心からプロペラブレード先端146までの距離がdである。内側翼パネル107に関して、関連するプロペラハブ142に近接する着陸ポッド113は、高さdを有している。 3A, inboard propellers 140 of one or more inner wing panels 107 of UAV 101 and tip propellers 141 of one or more outer wing panels 109 of UAV 101 have propeller hubs 142, propeller blades 144 and propeller blade tips 146, respectively. can contain. In one embodiment, propellers 140 , 141 may each have two blades 144 . In another embodiment, propellers 140 , 141 may each have more than two blades 144 . In one embodiment, propellers 140, 141 may be identical. In one embodiment, the distance from the center of propeller hub 142 to propeller blade tips 146 is d1. With respect to the inner wing panel 107, the landing pod 113 adjacent the associated propeller hub 142 has a height d2.

一般に、着陸ポッド113の重量およびUAV101の着陸ポッド113によって誘発される抗力を減少させるために、着陸ポッド113の高さを減少させることが望まれ得る。しかしながら、着陸ポッド113の高さを減少させることは、距離dによって制限され得る。例えば、着陸ポッド113の高さdが低過ぎて、プロペラハブ142の中心からプロペラブレード先端146までの距離が着陸ポッドの高さd以上となる場合(例えば、d≦d)、離着陸時などUAV101が地面150にあるか又は地面150付近にあるときにインボードプロペラ140が回転するとブレード144が地面などの表面150に当たり、UAV101に損傷を与える可能性がある。 In general, it may be desirable to reduce the height of landing pod 113 to reduce the weight of landing pod 113 and the drag induced by landing pod 113 of UAV 101 . However, reducing the height of landing pod 113 may be limited by distance d1 . For example, if the height d2 of the landing pod 113 is too low and the distance from the center of the propeller hub 142 to the propeller blade tips 146 is greater than or equal to the height d2 of the landing pod ( eg, d1 ≤ d2 ), Rotation of the inboard propeller 140 when the UAV 101 is at or near the ground 150 , such as during takeoff and landing, can cause the blades 144 to strike a surface 150 , such as the ground, and damage the UAV 101 .

一実施形態において、インボードプロペラ140は、UAV101の着陸時にブレード144が地面150に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢となるように、水平にされ得る。いくつかの実施形態では、地面150に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢が、2枚羽根プロペラのブレードが1または複数の内側翼パネルによって形成される平面とほぼ平行に維持される場合である。他の実施形態では、地面150に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢が、プロペラブレードが地面150に接触しないように、2枚羽根プロペラのブレードが、1または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対してある角度で、例えば平面に対してある角度でかつ/または平面に対して実質的に垂直とならないように、維持される場合である。いくつかの実施形態では、地面150に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢が、プロペラの何れのブレードも地面150に接触しないように、かつ/または最上部のプロペラブレードが平面に対して実質的に垂直となるように、3枚羽根プロペラのブレードが維持される場合である。一実施形態では、インボードプロペラ140および先端プロペラ141がそれぞれ、マイクロコントローラ420を含むことができる。各マイクロコントローラ420は、各プロペラ140、141のためのそれぞれのモータと通信することができる。いくつかの実施形態では、1つのマイクロコントローラ420が、インボードプロペラ140のすべてなど、1または複数のプロペラを制御することができる。一実施形態では、各プロペラ140、141が、関連するマイクロコントローラ420を有する。別の実施形態では、単一のマイクロコントローラ420が、プロペラ140、141のすべてを制御する。別の実施形態では、あるマイクロコントローラ420が、先端プロペラ141を制御し、別のマイクロコントローラ420が、インボードプロペラ140を制御する。 In one embodiment, inboard propeller 140 may be leveled such that blades 144 are in an orientation that provides propeller blade clearance to ground 150 when UAV 101 lands. In some embodiments, the orientation that provides clearance for the propeller blades to the ground 150 is where the blades of a two-blade propeller are maintained substantially parallel to the plane formed by the inner wing panel(s). In other embodiments, the blades of a two-blade propeller are planes formed by one or more inner wing panels such that the orientation that provides clearance for the propeller blades to the ground 150 is such that the propeller blades do not contact the ground 150. is maintained at an angle to the plane, for example at an angle to the plane and/or not substantially perpendicular to the plane. In some embodiments, the orientations that provide clearance for the propeller blades to the ground 150 are such that none of the blades of the propeller contact the ground 150 and/or the top propeller blades are substantially oriented with respect to the plane. This is the case when the blades of a three-bladed propeller are maintained so that they are vertical. In one embodiment, inboard propeller 140 and tip propeller 141 may each include a microcontroller 420 . Each microcontroller 420 can communicate with a respective motor for each propeller 140,141. In some embodiments, one microcontroller 420 can control one or more propellers, such as all of the inboard propellers 140 . In one embodiment, each propeller 140 , 141 has an associated microcontroller 420 . In another embodiment, a single microcontroller 420 controls all propellers 140,141. In another embodiment, one microcontroller 420 controls the tip propeller 141 and another microcontroller 420 controls the inboard propeller 140 .

後述するように、先端プロペラ141は、着陸および離陸の間、推進および制御の目的で機能し続けることができるようにしてもよい。より具体的には、プロペラハブ142の中心からプロペラブレード先端146までの距離dが、プロペラハブ142の中心から着陸ポッド113の下端までの高さd以上となるように(例えば、d≦d)、着陸ポッド113の高さを設定するようにしてもよい。 As will be discussed below, tip propeller 141 may be allowed to continue functioning for propulsion and control purposes during landing and takeoff. More specifically, the distance d1 from the center of the propeller hub 142 to the propeller blade tips 146 is equal to or greater than the height d3 from the center of the propeller hub 142 to the lower end of the landing pod 113 ( for example, d1 ≤ d 3 ), the height of the landing pod 113 may be set.

図3Bは、翼パネル107、および翼パネル107に対して保持される2枚羽根プロペラ140の概略図を示している。インボードプロペラ140はそれぞれ、プロペラハブ142、プロペラブレード144およびプロペラブレード先端146を含むことができる。一実施形態では、プロペラハブ142の中心からプロペラブレード先端146まで、距離dを有する。内側翼パネル107に関して、関連するプロペラハブ142に近接する着陸ポッド113は、高さdを有する。 FIG. 3B shows a schematic diagram of wing panel 107 and two-blade propeller 140 held against wing panel 107 . Inboard propellers 140 may each include propeller hub 142 , propeller blades 144 and propeller blade tips 146 . In one embodiment, the center of the propeller hub 142 to the propeller blade tips 146 has a distance d1. With respect to the inner wing panel 107, the landing pod 113 adjacent the associated propeller hub 142 has a height d2.

一実施形態では、インボードプロペラ140が、地面150に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢に維持され得る。二枚羽根プロペラ140のブレードは、プロペラブレード144が地面150に接触しないように、1または複数の内側翼パネル107によって形成される平面に対して角度160で、例えば平面に対して角度160で、かつ/または平面に対して実質的に垂直とならないように、維持され得る。 In one embodiment, the inboard propeller 140 may be maintained in an orientation that provides propeller blade clearance to the ground 150 . The blades of the two-blade propeller 140 are positioned at an angle 160 to the plane formed by the inner wing panel(s) 107, such as at an angle 160 to the plane, such that the propeller blades 144 do not contact the ground 150. and/or may be maintained substantially non-perpendicular to the plane.

図3Cは、翼パネル107、および翼パネルに対して保持される3枚羽根プロペラ141の概略図を示している。インボードプロペラ141はそれぞれ、プロペラハブ142、プロペラブレード145およびプロペラブレード先端147を含むことができる。一実施形態では、プロペラハブ142の中心からプロペラブレード先端147までの距離がdである。内側翼パネル107に関して、関連するプロペラハブ142に近接する着陸ポッド113は、高さdを有する。 FIG. 3C shows a schematic diagram of the wing panel 107 and the three-blade propeller 141 held against the wing panel. Inboard propellers 141 may each include a propeller hub 142 , propeller blades 145 and propeller blade tips 147 . In one embodiment, the distance from the center of propeller hub 142 to propeller blade tips 147 is d1. With respect to the inner wing panel 107, the landing pod 113 adjacent the associated propeller hub 142 has a height d2.

一実施形態では、インボードプロペラ141が、各プロペラブレード145と地面150のクリアランスを提供する姿勢に維持され得る。3枚羽根プロペラ145のブレードは、プロペラブレード145が地面150に接触しないように、1または複数の内側翼パネル107によって形成される平面に対してある角度で維持され得る。一実施形態では、最上部のプロペラブレード(すなわち、地面150から最も遠いプロペラブレード先端147を有する3枚羽根プロペラ145のプロペラブレード145)が、内側翼パネル107によって形成される平面に対して実質的に垂直であってもよい。他の実施形態では、最上部のプロペラブレードが、内側翼パネル107によって形成される平面に対して実質的に垂直な角度で保持され得る。各プロペラブレード145と地面のクリアランスを提供するように、内側翼パネル107に対する3枚羽根プロペラ141の位置決めがなされる。 In one embodiment, the inboard propeller 141 may be maintained in an orientation that provides clearance between each propeller blade 145 and the ground 150 . The blades of the three-blade propeller 145 may be maintained at an angle to the plane formed by the inner wing panel(s) 107 so that the propeller blades 145 do not contact the ground 150 . In one embodiment, the uppermost propeller blade (i.e., the propeller blade 145 of the three-blade propeller 145 with the propeller blade tip 147 furthest from the ground 150) is substantially positioned with respect to the plane formed by the inner wing panel 107. may be perpendicular to In other embodiments, the top propeller blades may be held at an angle substantially perpendicular to the plane formed by the inner wing panels 107 . The three-blade propeller 141 is positioned relative to the inner wing panel 107 to provide ground clearance for each propeller blade 145 .

図4は、コンピューティングデバイスの実施形態400の最上階層の機能ブロック図の一例を示している。例示的な動作環境は、中央処理装置(CPU)などのプロセッサ424、アドレス指定可能なメモリ427、外部デバイスインターフェース426、例えば、任意選択的なUSBポートおよび関連する処理、および/またはイーサネットポートおよび関連する処理、および任意選択的なユーザインターフェース429、例えば、ステータスライトのアレイおよび1または複数のトグルスイッチ、および/またはディスプレイ、および/またはキーボードおよび/またはポインタ-マウスシステムおよび/またはタッチスクリーンを含むマイクロコントローラ420などのコンピューティングデバイスとして示されている。任意選択的には、アドレス指定可能なメモリが、磁気ハードディスクドライブおよびフロッピーディスクドライブ、光ディスクドライブ、磁気カセット、テープドライブ、フラッシュメモリカード、デジタルビデオディスク(DVD)、ベルヌーイカートリッジ、RAM、ROM、スマートカードなど、マイクロコントローラ420によってアクセス可能なデータを格納できる任意のタイプのコンピュータ可読媒体を含むことができる。実際に、LAN、WANまたはインターネットなどのネットワークへの接続ポートまたはネットワーク上のノードを含む、コンピュータ可読命令およびデータを格納または送信するための任意の媒体を採用することができる。これらの要素は、データバス428を介して互いに通信することができる。いくつかの実施形態では、ウェブブラウザ423およびアプリケーション422のサポート等を行うオペレーティングシステム425を介して、プロセッサ424は、通信チャネルを確立するプロセスのステップおよび上述した実施形態に係る処理のステップを実行するように構成されるものであってもよい。 FIG. 4 illustrates an example top-level functional block diagram of an embodiment 400 of a computing device. An exemplary operating environment includes a processor 424 such as a central processing unit (CPU), addressable memory 427, external device interfaces 426, an optional USB port and associated processing, and/or an Ethernet port and associated and an optional user interface 429, such as an array of status lights and one or more toggle switches, and/or a display, and/or a keyboard and/or a pointer-mouse system and/or a touch screen. It is shown as a computing device such as controller 420 . Optionally, the addressable memory is magnetic and floppy disk drives, optical disk drives, magnetic cassettes, tape drives, flash memory cards, digital video disks (DVDs), Bernoulli cartridges, RAM, ROM, smart cards Any type of computer-readable medium that can store data accessible by microcontroller 420, such as. Indeed, any medium for storing or transmitting computer readable instructions and data may be employed, including a connection port to or nodes on a network such as a LAN, WAN or the Internet. These elements can communicate with each other via data bus 428 . In some embodiments, via operating system 425, such as supporting web browser 423 and application 422, processor 424 performs the steps of the process of establishing a communication channel and the steps of processing according to the embodiments described above. It may be configured as follows.

マイクロコントローラ420は、外部の角度位置センサなど、少なくとも1のセンサ152をさらに含むことができる。一実施形態では、センサ152が、ホール効果回転位置センサなどの磁気回転位置センサであってもよい。別の実施形態では、センサ152が、可変リラクタンスセンサである。別の実施形態では、センサ152が、光学センサであってもよい。別の実施形態では、センサ152が、磁気センサと光学センサの組合せであってもよい。一実施形態では、磁気センサと光学センサの組合せが、水平な位置などの特定の位置におけるブレード144の信号の検出のみではなく、ブレード144の現在の位置を検出することができる。 Microcontroller 420 may further include at least one sensor 152, such as an external angular position sensor. In one embodiment, sensor 152 may be a magnetic rotary position sensor, such as a Hall effect rotary position sensor. In another embodiment, sensor 152 is a variable reluctance sensor. In another embodiment, sensor 152 may be an optical sensor. In another embodiment, sensor 152 may be a combination of magnetic and optical sensors. In one embodiment, a combination of magnetic and optical sensors can detect the current position of the blade 144 rather than just detecting the signal of the blade 144 at a particular position, such as a horizontal position.

磁気ホール効果センサの実施形態に関して、各ブレード144に磁石を取り付け、磁石ホール効果センサ152が、各磁石を検出するようにしてもよい。これにより、センサ152は、ブレード144の角度位置を検出することができ、プロセッサ424は、モータ110に取り付けられたブレード144の角度位置を継続的に制御するためのステップを実行することができる。より具体的には、UAV101が着陸のために地面150に近付いて、UAV101が閾値高度未満に降下すると、飛行制御コンピュータ(FCC)は、内側翼パネル107に関連する各モータ110にコマンド信号を送り、関連する1または複数のインボードプロペラ140のブレード144を水平にして保持し、ロックすることができる。マイクロコントローラ420は、モータ110の速度を制御し、それによりブレード144を水平にし、保持し、ロックする。さらに、先端プロペラ141に関連するマイクロコントローラ420は、インボードプロペラ140に関連するブレード144が水平にされてロックされている間、着陸および離陸のためにモータ110の速度を制御することができる。 For magnetic Hall effect sensor embodiments, a magnet may be attached to each blade 144 and the magnetic Hall effect sensor 152 may detect each magnet. This allows sensor 152 to detect the angular position of blade 144 and processor 424 to take steps to continuously control the angular position of blade 144 attached to motor 110 . More specifically, as the UAV 101 approaches the ground 150 for landing and the UAV 101 descends below a threshold altitude, the flight control computer (FCC) sends command signals to each motor 110 associated with the inner wing panel 107. , the blades 144 of the associated inboard propeller or propellers 140 can be held horizontally and locked. A microcontroller 420 controls the speed of the motor 110 thereby leveling, holding and locking the blade 144 . Additionally, the microcontroller 420 associated with the tip propeller 141 can control the speed of the motor 110 for landing and takeoff while the blades 144 associated with the inboard propeller 140 are leveled and locked.

UAV101が着陸地点102に降下するときなど、インボードプロペラ140の回転が停止されるとき、先端プロペラ141は回転を続け、モータ110から先端プロペラ141への推力によって、先端プロペラ141が着陸のためにUAV101を誘導することができる。地面150またはその近傍において、距離dは、プロペラハブ142から地面150までの距離dよりも大きい。これは、外側翼109が上を向くことにより、先端プロペラ141と地面150との間に常に安全な距離が提供されるためである。このように構成することにより、着陸中に、水平にされていない先端プロペラ141はUAV101の横方向の制御を保持し、一方、インボードプロペラ140は水平な姿勢に保持される。 When the rotation of the inboard propeller 140 is stopped, such as when the UAV 101 descends to the landing site 102, the tip propeller 141 continues to rotate and the thrust from the motor 110 to the tip propeller 141 causes the tip propeller 141 to move for landing. UAV 101 can be guided. At or near ground 150 , distance d 1 is greater than distance d 3 from propeller hub 142 to ground 150 . This is because the upward facing outer wings 109 always provide a safe distance between the tip propeller 141 and the ground 150 . Thus configured, the non-leveled tip propeller 141 maintains lateral control of the UAV 101 during landing, while the inboard propeller 140 is maintained in a horizontal attitude.

UAV101の離陸中、インボードプロペラ140は、最初は、プロペラブレードと地面105のクリアランスを提供する姿勢に方向付けられ、一方、先端プロペラ141は、UAV101が離陸して閾値高度を超えて上昇することを可能にする十分な推力と制御機能の両方を提供することができる。その後、インボードプロペラ140は、UAV101が閾値高度を超えて上昇したときに、追加の推進力のために使用することができる。 During takeoff of the UAV 101, the inboard propellers 140 are initially oriented in an attitude that provides clearance between the propeller blades and the ground 105, while the leading propellers 141 allow the UAV 101 to take off and climb above the threshold altitude. can provide both sufficient thrust and control capabilities to allow The inboard propeller 140 can then be used for additional propulsion when the UAV 101 climbs above the threshold altitude.

図5に関して、UAV101などのUAVの着陸のためにマイクロコントローラ420などのマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャート500が示されている。ステップ502で、センサが、UAVのプロペラのブレードの角度位置を検出することができる。ステップ504では、マイクロコントローラのプロセッサが、モータに取り付けられたブレードの角度位置を継続的に制御するためのステップを実行することができる。一実施形態では、各プロペラ(先端プロペラまたはインボードプロペラ)が、関連するマイクロコントローラを有する。別の実施形態では、1つのマイクロコントローラが、すべてのプロペラを制御する。別の実施形態では、あるマイクロコントローラが、先端プロペラを制御し、別のマイクロコントローラが、インボードプロペラを制御する。一実施形態では、UAVが、約260フィートの翼幅を有し、各翼の表面を覆う太陽電池アレイによって駆動される複数のモータ、例えば、10個の電気モータによって推進され、それによりゼロエミッションが実現される。 Referring to FIG. 5, a flowchart 500 of steps performed by a microcontroller, such as microcontroller 420, for landing a UAV, such as UAV 101, is shown. At step 502, a sensor may detect the angular position of the UAV's propeller blades. At step 504, the microcontroller processor may perform steps to continuously control the angular position of the blade attached to the motor. In one embodiment, each propeller (tip propeller or inboard propeller) has an associated microcontroller. In another embodiment, one microcontroller controls all propellers. In another embodiment, one microcontroller controls the tip propellers and another microcontroller controls the inboard propellers. In one embodiment, the UAV has a wingspan of about 260 feet and is propelled by multiple motors, for example 10 electric motors, driven by solar arrays covering the surface of each wing, thereby providing zero emissions is realized.

UAVが着陸のために地面に近付いて、閾値高度未満に降下すると、飛行制御コンピュータ(FCC)は、UAVの内側翼パネルに関連する各モータにコマンド信号を送り、関連するプロペラのブレードを水平にすることができる。ステップ506では、モータがブレードの角度位置を受信し、着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢でプロペラの回転を停止させる。 As the UAV approaches the ground for landing and descends below a threshold altitude, the flight control computer (FCC) sends command signals to each motor associated with the UAV's inner wing panel to level the associated propeller blades. can do. At step 506, the motor receives the angular position of the blades and stops propeller rotation in an attitude that provides clearance of the propeller blades to the ground upon landing.

ステップ508では、UAVが着陸地点に降下する際にプロペラの回転が停止されるとき、先端プロペラは回転を続けることができ、モータから先端プロペラへの推力によって、先端プロペラがUAVを着陸のために誘導することができる。一実施形態では、プロペラハブの中心からプロペラブレード先端までの距離がdである。内側翼パネルに関して、関連するプロペラハブに近接する着陸ポッド113は、高さdを有する。着陸ポッドは十分に高く、プロペラハブの中心からプロペラブレード先端までの距離dが、着陸ポッドの高さd以上となる(例えば、d≦d)。地上または地上付近では、距離dが、プロペラハブ142から地面までの距離dよりも大きい。これは、外側翼が上に向くことにより、先端プロペラと地面との間の安全な距離が常に提供されるためである。そのように構成されることにより、ステップ510では、水平にされていない先端プロペラは、着陸中にUAVの横方向の制御を保持し、一方、プロペラは水平な位置に保持される。いくつかの実施形態では、回転を増加させることにより、回転を減少させることにより、または現在の回転を維持することにより、回転を調整するために、先端プロペラに信号を送信することができる。内側のプロペラが保持されているとき、同じ推力を維持することが望まれる場合、先端プロペラの速度を上げることができる。いくつかの実施形態では、制御のために、先端プロペラの回転を、必要に応じて、増加、同じまま、または減少させることができる。 In step 508, when the propeller rotation is stopped as the UAV descends to the landing site, the tip propeller is allowed to continue rotating and the thrust from the motor to the tip propeller causes the tip propeller to propel the UAV for landing. can be induced. In one embodiment, the distance from the center of the propeller hub to the propeller blade tips is d1. With respect to the inner wing panel, the landing pod 113 proximate the associated propeller hub has a height d2. The landing pod is tall enough that the distance d3 from the propeller hub center to the propeller blade tip is greater than or equal to the height d2 of the landing pod ( eg , d1 ≤ d3 ). At or near the ground , the distance d1 is greater than the distance d3 from the propeller hub 142 to the ground. This is because the upturned outer wing always provides a safe distance between the tip propeller and the ground. So configured, in step 510, the non-leveled tip propellers retain lateral control of the UAV during landing, while the propellers are held in a horizontal position. In some embodiments, a signal can be sent to the tip propeller to adjust the rotation by increasing the rotation, decreasing the rotation, or maintaining the current rotation. When the inner prop is held, the leading prop can be sped up if desired to maintain the same thrust. In some embodiments, the rotation of the tip propeller can be increased, remained the same, or decreased as desired for control purposes.

図6に関して、UAV101などのUAVの離陸のためにマイクロコントローラ420などのマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャート600が示されている。本方法600は、マイクロコントローラと通信するセンサによって、インボードプロペラブレードの角度位置を検出するステップを含むことができる(ステップ602)。本方法600は、その後、マイクロコントローラのプロセッサが、インボードブレードの角度位置をモータに継続的に伝達するステップを実行することを含むことができる(ステップ604)。本方法600は、その後、モータがマイクロコントローラでインボードブレードの角度位置を受信するステップを含むことができ、マイクロコントローラのプロセッサは、インボードプロペラブレードが適切な姿勢であることを確認することができる(ステップ606)。インボードプロペラブレードが回転中に適切な姿勢になっていない場合、すなわち、インボードプロペラブレードが定位置に保持されていない場合、離陸中に、回転するインボードプロペラブレードが地面に衝突する危険性がある。インボードプロペラブレードが内側翼パネルに対して適切な姿勢になっていない場合、マイクロコントローラのプロセッサは、離陸を停止させる信号を送ったり、またはプロペラブレードを適切な姿勢に保持する信号を送ったりするなどの修正措置をとることができる。その後、本方法600は、インボードプロペラが適切な姿勢に保持されている間、先端プロペラに離陸中のUAVの横方向制御を保持させるステップを含むことができる(ステップ610)。先端プロペラは、インボードプロペラが離陸中に地面に衝突するのを防止するために定位置に保持されている間に、UAVの離陸に必要な推力を提供することができる。次いで、本方法600は、マイクロコントローラが、UAVが離陸地点から上昇する際にインボードプロペラの回転を開始する間、先端プロペラが回転を継続するステップを含むことができる(ステップ608)。いくつかの実施形態では、先端プロペラおよびインボードプロペラのすべての合計によって生成される推力のバランスをとるために、インボードプロペラが回転を開始すると、先端プロペラによって生成される推力を減少させることができる。 Referring to FIG. 6, a flowchart 600 of steps performed by a microcontroller, such as microcontroller 420, for takeoff of a UAV, such as UAV 101, is shown. The method 600 may include detecting an angular position of an inboard propeller blade with a sensor in communication with a microcontroller (step 602). The method 600 may then include the processor of the microcontroller performing the step of continuously communicating the angular position of the inboard blade to the motor (step 604). The method 600 may then include the step of the motor receiving the angular position of the inboard blades at the microcontroller, and the microcontroller's processor confirming that the inboard propeller blades are at the proper attitude. Yes (step 606). Risk of the rotating inboard propeller blades hitting the ground during takeoff if the inboard propeller blades are not properly positioned during rotation, i.e. the inboard propeller blades are not held in place There is If the inboard propeller blades are not properly oriented with respect to the inner wing panel, the microcontroller processor will send a signal to halt takeoff or send a signal to hold the propeller blades in a proper orientation. corrective action can be taken. The method 600 may then include allowing the leading propellers to retain lateral control of the UAV during takeoff while the inboard propellers are held in place (step 610). The tip propeller can provide the necessary thrust for UAV takeoff while the inboard propeller is held in place to prevent it from hitting the ground during takeoff. The method 600 may then include continuing the tip propeller to rotate while the microcontroller initiates the rotation of the inboard propeller as the UAV ascends from the takeoff point (step 608). In some embodiments, the thrust generated by the tip propeller can be reduced as the inboard propeller begins to rotate in order to balance the thrust generated by the sum of all of the tip and inboard propellers. can.

上記実施形態の特定の特徴および態様の様々な組合せおよび/または部分的組合せを行うことができ、それらも本発明の範囲内に入ることが企図されている。このため、開示の発明の様々なモードを形成するために、開示の実施形態の様々な特徴および態様を互いに組み合わせたり、互いに置き換えたりすることができることを理解されたい。さらに、本発明の範囲は、例によって本明細書に開示されているが、上述した特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。
Various combinations and/or subcombinations of the specific features and aspects of the above embodiments may be made and are intended to be within the scope of the invention. As such, it should be understood that various features and aspects of the disclosed embodiments can be combined with each other or substituted for one another to form various modes of the disclosed invention. Further, it is intended that the scope of the present invention, although disclosed herein by way of example, should not be limited by the specific disclosed embodiments described above.

Claims (20)

無人航空機(UAV)と、
UAVの1または複数の内側翼パネルと、
UAVの1または複数の外側翼パネルであって、前記1または複数の外側翼パネルが、前記1または複数の内側翼パネルの両側に配置され、前記1または複数の外側翼パネルが、前記1または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、1または複数の外側翼パネルと、
前記1または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1のインボードプロペラと、
前記1または複数の外側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1の先端プロペラと、
前記1または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも1のエンジンと通信する少なくとも1のマイクロコントローラであって、
前記少なくとも1のインボードプロペラの角度位置を割り出し、
前記少なくとも1のインボードプロペラが着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、前記少なくとも1のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成された少なくとも1のマイクロコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。
an unmanned aerial vehicle (UAV);
one or more inner wing panels of the UAV;
One or more outer wing panels of a UAV, said one or more outer wing panels being positioned on either side of said one or more inner wing panels, said one or more outer wing panels one or more outer wing panels disposed at an upward angle to a plane formed by the plurality of inner wing panels;
at least one inboard propeller attached to at least one engine located on the one or more inner wing panels;
at least one tip propeller attached to at least one engine located on the one or more outer wing panels;
at least one microcontroller in communication with at least one engine located on the one or more inner wing panels,
determining the angular position of the at least one inboard propeller;
at least one configured to transmit a signal to stop rotation of the at least one inboard propeller such that the at least one inboard propeller is held in an orientation that provides clearance of the propeller blades to the ground during landing; and a microcontroller.
請求項1に記載のシステムにおいて、
前記UAVが、高空域長期滞空航空機であることを特徴とするシステム。
The system of claim 1, wherein
A system, wherein said UAV is a high endurance aircraft.
請求項1に記載のシステムにおいて、
前記1または複数の内側翼パネルおよび前記1または複数の外側翼パネルの少なくとも一部分を覆う太陽電池アレイをさらに備えることを特徴とするシステム。
The system of claim 1, wherein
The system, further comprising a solar array covering at least a portion of the one or more inner wing panels and the one or more outer wing panels.
請求項1に記載のシステムにおいて、
UAVの1または複数の着陸ポッドをさらに備え、前記1または複数の着陸ポッドが、UAVの着陸を支援するためにUAVの前記1または複数の内側翼パネルに取り付けられていることを特徴とするシステム。
The system of claim 1, wherein
A system, further comprising one or more landing pods of a UAV, wherein said one or more landing pods are attached to said one or more inner wing panels of said UAV to assist in landing said UAV. .
請求項4に記載のシステムにおいて、
プロペラハブの中心から前記少なくとも1のインボードプロペラの先端までの距離が、前記1または複数の着陸ポッドの高さよりも大きく、UAVが地上にあるときに前記少なくとも1のインボードプロペラの回転中に前記少なくとも1のインボードプロペラが地面に当たり得ることを特徴とするシステム。
5. The system of claim 4, wherein
the distance from the center of the propeller hub to the tip of the at least one inboard propeller is greater than the height of the one or more landing pods, and during rotation of the at least one inboard propeller when the UAV is on the ground; A system, wherein said at least one inboard propeller can hit the ground.
請求項5に記載のシステムにおいて、
少なくとも1のアウトボードプロペラが、前記少なくとも1のインボードプロペラと同一であり、前記少なくとも1のアウトボードプロペラが、UAVが地上にあるときに自由に回転することができることを特徴とするシステム。
6. The system of claim 5, wherein
A system, wherein at least one outboard propeller is identical to said at least one inboard propeller, said at least one outboard propeller being free to rotate when the UAV is on the ground.
請求項1に記載のシステムにおいて、
前記マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに備え、前記位置センサが、前記少なくとも1のインボードプロペラの位置を検出することを特徴とするシステム。
The system of claim 1, wherein
A system, further comprising a position sensor in communication with said microcontroller, said position sensor detecting a position of said at least one inboard propeller.
請求項7に記載のシステムにおいて、
前記位置センサが、ホール効果回転位置センサであることを特徴とするシステム。
A system according to claim 7, wherein
A system, wherein said position sensor is a Hall effect rotary position sensor.
請求項1に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、
前記UAVの高度を割り出し、
割り出した高度が閾値高度を下回る場合に、前記少なくとも1のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
The system of claim 1, wherein
The at least one microcontroller further:
determining the altitude of the UAV;
A system configured to transmit a signal to stop rotation of the at least one inboard propeller when the determined altitude is below a threshold altitude.
請求項9に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、
前記少なくとも1のインボードプロペラが地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、前記少なくとも1のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
10. The system of claim 9, wherein
The at least one microcontroller further:
configured to transmit a signal to adjust rotation of the at least one outboard propeller while the at least one inboard propeller is held in an orientation that provides propeller blade clearance to the ground; characterized system.
請求項1に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、
前記UAVの高度を割り出し、
割り出した高度が閾値高度を上回る場合に、前記少なくとも1のインボードプロペラの回転を開始させる信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
The system of claim 1, wherein
The at least one microcontroller further:
determining the altitude of the UAV;
A system configured to transmit a signal to initiate rotation of the at least one inboard propeller when the determined altitude is above a threshold altitude.
少なくとも1のマイクロコントローラによって、無人航空機(UAV)の高度を特定するステップと、
UAVの少なくとも1のエンジンと通信する前記少なくとも1のマイクロコントローラによって、前記少なくとも1のエンジンに接続された少なくとも1のインボードプロペラの角度位置を特定するステップであって、前記少なくとも1のインボードプロペラが1または複数の内側翼パネルに配置される、ステップと、
特定した高度が閾値高度を下回る場合に、前記少なくとも1のインボードプロペラが着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、前記少なくとも1のマイクロコントローラによって、前記少なくとも1のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するステップとを備え、
前記少なくとも1のインボードプロペラが、UAVが地上にあるときに前記少なくとも1のインボードプロペラの回転中に地面に当たり得ることを特徴とする方法。
determining, by at least one microcontroller, an altitude of an unmanned aerial vehicle (UAV);
determining, by the at least one microcontroller in communication with at least one engine of a UAV, the angular position of at least one inboard propeller connected to the at least one engine, the at least one inboard propeller. is positioned on the one or more inner wing panels;
by the at least one microcontroller such that when the identified altitude is below a threshold altitude, the at least one inboard propeller is held in an attitude that provides propeller blade clearance to the ground during landing; sending a signal to stop rotation of the inboard propeller;
A method, wherein the at least one inboard propeller may hit the ground during rotation of the at least one inboard propeller when the UAV is on the ground.
請求項12に記載の方法において、
前記少なくとも1のインボードプロペラが着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されている間、前記少なくとも1のマイクロコントローラによって、少なくとも1のエンジンに接続された少なくとも1のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するステップをさらに含み、
前記少なくとも1のアウトボードプロペラが、1または複数の外側翼パネルに配置されていることを特徴とする方法。
13. The method of claim 12, wherein
of the at least one outboard propeller connected to the at least one engine by the at least one microcontroller while the at least one inboard propeller is held in an orientation that provides clearance of the propeller blades to the ground during landing; further comprising transmitting a signal to adjust the rotation;
A method, wherein said at least one outboard propeller is located on one or more outer wing panels.
請求項13に記載の方法において、
前記少なくとも1のアウトボードプロペラが、前記少なくとも1のインボードプロペラと同一であり、前記少なくとも1のアウトボードプロペラが、UAVが地上にあるときに自由に回転することができることを特徴とする方法。
14. The method of claim 13, wherein
A method, wherein said at least one outboard propeller is identical to said at least one inboard propeller, said at least one outboard propeller being free to rotate when the UAV is on the ground.
無人航空機(UAV)と、
UAVの少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1のインボードプロペラであって、UAVが地表に位置するときに、前記少なくとも1のインボードプロペラの回転中に前記少なくとも1のインボードプロペラの少なくとも一部分が地表に接触し得る、少なくとも1のインボードプロペラと、
UAVの少なくとも1のエンジンに取り付けられた少なくとも1の先端プロペラであって、UAVが地表に位置するときに、前記少なくとも1の先端プロペラの回転中に、地表に接触することなく自由に回転することができる少なくとも1の先端プロペラと、
前記少なくとも1のエンジンと通信する少なくとも1のマイクロコントローラであって、
前記少なくとも1のインボードプロペラの角度位置を割り出し、
前記少なくとも1のインボードプロペラが地表に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、前記少なくとも1のインボードプロペラに信号を送信するように構成された少なくとも1のマイクロコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。
an unmanned aerial vehicle (UAV);
at least one inboard propeller attached to at least one engine of a UAV, at least a portion of said at least one inboard propeller during rotation of said at least one inboard propeller when said UAV is located on the ground; at least one inboard propeller that can contact the ground;
At least one tip propeller attached to at least one engine of a UAV that rotates freely without contacting the ground surface during rotation of the at least one tip propeller when the UAV is located on the ground surface. at least one tip propeller capable of
at least one microcontroller in communication with the at least one engine, comprising:
determining the angular position of the at least one inboard propeller;
at least one microcontroller configured to send a signal to the at least one inboard propeller such that the at least one inboard propeller is held in an orientation that provides propeller blade clearance to the ground surface. A system characterized by:
請求項15に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、
前記少なくとも1のインボードプロペラが地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、着陸のためにUAVを誘導するための推力を調整する信号を前記少なくとも1の先端プロペラに送信するように構成され、
前記少なくとも1の先端プロペラが、着陸中にUAVの横方向の制御を保持することを特徴とするシステム。
16. The system of claim 15, wherein
The at least one microcontroller further:
Sending a signal to the at least one leading propeller to adjust thrust for guiding the UAV for landing while the at least one inboard propeller is held in an attitude that provides propeller blade clearance to the ground. is configured to
A system, wherein said at least one tip propeller maintains lateral control of the UAV during landing.
請求項15に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、
前記少なくとも1のインボードプロペラが地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢にある間に、離陸のためにUAVを誘導するための推力を調整する信号を前記少なくとも1の先端プロペラに送信するように構成され、前記少なくとも1の先端プロペラが離陸中にUAVの横方向の制御を維持し、
前記少なくとも1のマイクロコントローラが、さらに、前記少なくとも1のインボードプロペラが回転を開始するように、離陸後に前記少なくとも1のインボードプロペラに信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
16. The system of claim 15, wherein
The at least one microcontroller further:
and while the at least one inboard propeller is in an attitude that provides propeller blade clearance to the ground, to send a signal to the at least one leading propeller to adjust thrust for guiding the UAV for takeoff. wherein said at least one tip propeller maintains lateral control of the UAV during takeoff;
The at least one microcontroller is further configured to send a signal to the at least one inboard propeller after takeoff so that the at least one inboard propeller begins to rotate. system.
請求項15に記載のシステムにおいて、
地表でのUAVの安全な着陸を補助する1または複数の着陸ポッドをさらに備え、プロペラハブの中心から前記少なくとも1のインボードプロペラの先端までの距離が、前記1または複数の着陸ポッドの高さよりも大きく、前記プロペラハブの中心から前記少なくとも1の先端プロペラの先端までの距離が、前記少なくとも1の先端プロペラのプロペラハブの中心から前記1または複数の着陸ポッドの下端までの高さより大きいか等しいことを特徴とするシステム。
16. The system of claim 15, wherein
further comprising one or more landing pods to assist in safely landing the UAV on the ground, wherein the distance from the center of the propeller hub to the tip of the at least one inboard propeller is greater than the height of the one or more landing pods. and the distance from the center of the propeller hub to the tip of the at least one tip propeller is greater than or equal to the height from the center of the propeller hub of the at least one tip propeller to the bottom edge of the one or more landing pods. A system characterized by:
請求項18に記載の方法において、
UAVの1または複数の内側翼パネルであって、前記少なくとも1のインボードプロペラが取り付けられる1または複数の内側翼パネルと、
UAVの1または複数の外側翼パネルであって、前記少なくとも1の先端プロペラが前記1または複数の外側翼パネルに取り付けられ、前記1または複数の外側翼パネルが、前記1または複数の内側翼パネルの両側に配置され、前記1または複数の外側翼パネルが、前記1または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、1または複数の外側翼パネルとをさらに備えることを特徴とする方法。
19. The method of claim 18, wherein
one or more inner wing panels of a UAV, wherein the at least one inboard propeller is mounted;
One or more outer wing panels of a UAV, wherein said at least one tip propeller is attached to said one or more outer wing panels, and said one or more outer wing panels are attached to said one or more inner wing panels. and wherein said one or more outer wing panels are arranged at an upward angle to a plane formed by said one or more inner wing panels A method, further comprising:
請求項15に記載のシステムにおいて、
前記マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに備え、前記位置センサが、前記少なくとも1のインボードプロペラの位置を検出することを特徴とするシステム。
16. The system of claim 15, wherein
A system, further comprising a position sensor in communication with said microcontroller, said position sensor detecting a position of said at least one inboard propeller.
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